高含水油田优势流场识别调整研究

2020-07-01张志超秦忠诚吴公益卢海洲柏明星

石油化工高等学校学报 2020年3期

张志超，秦忠诚，吴公益，卢海洲，柏明星

（1.大庆油田有限责任公司第十采油厂，黑龙江大庆163111；2.中石化华东油气分公司泰州采油厂，江苏泰州225300；3.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318）

V油田某区块在构造上位于泌阳凹陷西南部鼻状构造的西北部，为一完整的由东南向西北抬起的单斜构造，该区块1977年开始投入，经过三十多年的高速高效开发，已进入特高含水开发阶段[1]。该油田目前存在的主要问题为：区块平面上油水井间优势流场影响明显，注水井有大量的注入水突入生产井，且该阶段制定的稳油控水措施增油效率极低[2]。目前通过动态分析方法仅能识别出该区块存在优势水流通道的油水井位，无法有效确定优势流场区的范围，导致无法得到准确的剩余油富集区，而措施后优势流场区域如何变化也很难精确刻画。因此，为进一步挖潜高含水期油田的剩余油，精细调整优势流场，有必要进行高含水期储层平面优势流场区域的精细刻画研究，确定优势流场区中的油水井分布和优势流场区域边界。在有效识别油田的优势流场区后，制定合理的油水井调整措施挖潜剩余油。通过调研，目前对于油水井间优势流场的研究方法主要有水井注入速率与注入压力相关关系法、示踪剂监测法、油水井测井法及流线数值模拟方法[3‐7]等。这些方法对优势流场的研究主要由定性向定量过渡，从纵向确定高渗透层向平面确定无效循环区过渡。但在高含水期，为了进一步挖潜剩余油，仍然需要进一步精细化地刻画油藏平面流场分布范围[8]。因此，文中提出一种综合考虑多种对优势流场形成有贡献的地质开发因素进行层次分析及模糊综合评价，对该油田小层平面优势流场进行精细刻画及精细注采调整，进一步挖潜高含水期剩余油。调整后，各小层优势流场明显减弱，剩余油得到有效挖潜。

1 优势流场识别原理

1.1 优势流场判断层次结构的建立

高含水期油田储层优势流场的形成受静态以及动态因素共同作用。为表征不同流场形成因素对优势流场形成的综合作用，对其精细刻画过程引入层次分析法和模糊综合评价进行分析，确定优势流场各影响因素对上一层次指标权重的大小。首先需建立层次结构顺序[9]。通过对砂岩油田优势流场影响因素的分析，将优势流场影响因素分为3个层次。目标层：该层为研究某个问题的目标或者想要判断的结果，对于高含水期砂岩油田优势流场，该层次为优势流场形成。准则层：该层为研究目标与评价因素中间的过度环节，对于优势流场判断，中间环节仅有一个层次，为优势流场影响的静态因素和动态因素。因素层：该层次为对研究目的产生有影响的关键影响因素，对优势流场评价指标，分析上述影响因素。这一层次主要包括静态影响因素5个，动态影响因素4个。

根据以上对优势流场影响各个层次因素的分析，建立优势流场影响因素的结构模型如图1所示。

图1 优势流场研究层次结构Fig.1 Hierarchical structure of the superior flow field

1.2 流场区判断比较矩阵的建立

在建立优势流场判断的递阶层次结构以后，需进行低级层次影响因素对上层影响因素的权重确定。通过对各因素进行1-9尺度标度法比较各因素之间的强度关系（见表1），构造不同因素对优势流场形成的贡献强度大小，其中，aij表示第i行影响因素与第j列影响因素相比对优势流场的影响强度。对于目标层，即优势流场形成指标G，构造准则层静态优势流场形成因素C1和动态形成因素C2的比较矩阵D1。对于油藏平面优势流场形成的中间过度层指标C1，构造判断优势流场影响因素，储层厚度A1、油相相对渗透率A2、储层砂体类型A3、水相相对渗透率A4、油水井井距A5因素的比较矩阵D2。同理对于准则层优势流场判别中间过度指标C2，建立流场判断因素，储层注水强度A6、水储层压力分布A7、储层采液强度A8、储层含水饱和度A9的因素比较矩阵D3。

表1 层次分析法因素强度间比较尺度Table1 AHP factor comparison between the scale

1.3 流场区权重矩阵的建立

对于各层次优势流场影响因素比较矩阵D1、D2、D3进行列的归一化处理，得到归一化矩阵E1、E2、E3，再将归一化后矩阵的行数值相加分别得到矩阵F1、F2、F3，最后，对矩阵F1、F2、F3进一步归一化计算，分别得到优势流场影响因素对于流场判断中间过度指标的权重矩阵H1以及中间过度判断指标对最终流场强度指标的权重矩阵H2、H3。以因素层对中间流场判断过度指标D3比较矩阵计算权重矩阵为例简述计算过程。得到权重矩阵H1、H2为：

1.4 优势流场影响因素矩阵建立

在模糊数学中，各影响因素对评价指标的影响大小用隶属度来表示[10]。无效循环形成的因素与其关系分析可知，选取升半阶梯和降半阶梯型隶属函数归一化计算各个影响因素对优势流场的隶属度，进而构造出优势流场的参数矩阵[11‐12]。升半阶梯型函数表征影响因素与无效水循环评价指标呈正相关，降半阶梯型呈负相关。所选取的隶属度函数如函数式（9）、（10）所示，隶属函数分布如图2所示。

其中，G（x）为归一化隶属函数，a1、a2、b1、b2为砂岩油田优势流场各个影响因素的阈值大小。

图2 隶属度函数Fig.2 Subordinating degree function

式中，Gi为优势流场影响因素矩阵；Hi为优势流场影响因素对于优势流场评价指标的权重矩阵。

根据所计算的模糊综合评价指数，通过专家打分法，即由同行业相关领域多个专家对流场的模糊综合评价指数FCI进行分级打分，最终确定高含水期砂岩油田流场的分级标准，如表2所示。

1.5 模糊指数优势流场区的确定

将上述1.1-1.4中得出的优势流场影响因素隶属度矩阵与其相应的权重矩阵进行模糊变换计算[12‐13]，得到模糊综合评价指数 FCI，如式（11）所示。

表2 流场分级Table 2 Flow field classification

2 油田优势流场识别调整实例分析

以拟合精度符合要求的V油田某区块数值模型为研究基础，该区块水驱至2015年7月进入特高含水期，且储层优势流场普遍发育。对数值模型的流场识别网格参数，如含水饱和度、储层油水相对渗透率、储层注水强度等参数和现场油水井距等参数输出。将输出的网格参数代入比较矩阵D1-D3，归一化后得出数值模型储层网格的权重矩阵，再对输出储层网格参数代入模糊变换式（1）-（3）计算得出隶属度矩阵，最终通过模糊计算得出数值模型网格的FCI指数矩阵，后对FCI指数进行流场图绘制，得出X小层流场分布，如图3所示。图3中绿色区域为强优势流场区，浅蓝色区域为优势流场区，红色区域为目前剩余油的富集区。通过分析，该区块的32个井组中油水井间为优势流场的井对7个，强优势流场井对5个，与现场动态分析优势流场对比评价符合率93%，整体识别效果较好。